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申请/专利权人：青岛科技大学

摘要：本发明公开了一种融合三维点云与图像特征点的着陆器导航方法，属于深空探测技术领域。本发明是为了解决着陆器在暗弱环境下自主导航定位精度下降问题。本发明实现方法为：首先，在着陆器上装一个激光雷达和一个单目相机，单目相机采集小天体表面图像信息，激光雷达实时采集三维点云信息，在激光雷达和单目相机完成标定的基础上建立观测模型；然后，建立着陆器动力学模型；最后，通过无迹卡尔曼滤波实时估计着陆器的位姿信息。在5个特征点匹配的情况下其位置估计精度可达3m，姿态估计精度可达3°。

主权项：1.一种融合三维点云与图像特征匹配的着陆器导航方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一、针对暗弱环境下探测器状态估计的需要，建立导航坐标系；步骤二、基于步骤一建立的导航坐标系，对着陆器进行力学分析，得到着陆器的动力学模型和运动学模型；其中，步骤二实现方法为，针对探测器状态估计需要，根据理论力学分析和小天体的特征，建立探测器动力学模型为 其中，r＝xI,yI,zIT为探测器相对于小天体质心的位置矢量，ω＝0,0,ωIT为小天体自转角速度，a为小天体引力加速度，u为探测器有界推力加速度；在导航特征点能够成功匹配的前提下，对特征点位置进行跟踪，通过分析着陆器与第i特征点的位置关系，建立一个运动学方程 其中，PiCRF为导航坐标系中的矢量；步骤三、通过激光雷达和单目相机同时进行数据采集，参数标定后建立观测模型；其中，单目相机的观测模型单目相机的观测模型建立方法如下：单目相机通过检测与识别图像中的特征点，使当前时刻的特征点与上一时刻的特征点匹配，得到匹配成功的特征点，观测模型为 其中，f为导航相机的焦距，导航坐标系下光心到第i个特征点的矢量为ui,vi为着陆点到特征点位置向量在导航相机成像平面的投影；激光雷达的观测模型建立方法如下：基于单目相机提取出的SURF特征点，激光雷达采集特征点相对于探测器的距离信息，通过坐标转换将图像信息与距离信息转换到同一坐标系下，则有测距信息为ρi，观测模型为 其中ρi为着陆器到第i个特征点的距离，xi,yi,zi为特征点的位置坐标，x0,y0,z0为着陆器的位置坐标；步骤四、将步骤二、三得到所有信息转换为状态矩阵方程和观测矩阵方程；步骤五、基于步骤四得到的状态转移矩阵方程和观测矩阵方程，采用无迹卡尔曼滤波对着陆器进行位姿估计，从而得到着陆器位姿信息。

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百度查询： 青岛科技大学 一种融合三维点云与图像特征点匹配的着陆器导航方法